WO2004016962A1 - Welle-nabe-verbindung - Google Patents

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WO2004016962A1
WO2004016962A1 PCT/DE2003/000751 DE0300751W WO2004016962A1 WO 2004016962 A1 WO2004016962 A1 WO 2004016962A1 DE 0300751 W DE0300751 W DE 0300751W WO 2004016962 A1 WO2004016962 A1 WO 2004016962A1
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WO
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shaft
hub
intermediate component
component
planet gear
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Application number
PCT/DE2003/000751
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Moench
Markus Liedel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to DE50311127T priority patent/DE50311127D1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/0018—Shaft assemblies for gearings
    • F16H57/0025—Shaft assemblies for gearings with gearing elements rigidly connected to a shaft, e.g. securing gears or pulleys by specially adapted splines, keys or methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/064—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable
    • F16D1/068—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable involving gluing, welding or the like

Definitions

  • the present invention relates to a shaft-hub connection for a shaft made of metal and a plastic hub component, in particular for planetary gears, and a method for assembly for a planetary gear.
  • shaft-hub connections are a classic machine element as connections between a shaft and a hub component.
  • Known shaft-hub connections are, for example, a positive connection, a frictional connection or a material connection.
  • Positive shaft-hub connections are used if the hub has to be detachable from the shaft or if the required torques to be transmitted cannot be transmitted with a friction-locked shaft-hub connection.
  • Usual positive shaft-hub connections are, for example, feather keys or profile shafts with splines.
  • shaft-hub connections have the disadvantage that when they are assembled due to the positive connection, predetermined positions or angles between the shaft and the hub are fixed. Frictional or integral shaft-hub connections do not have this disadvantage.
  • the same or at least similar materials must be provided for the shaft and the hub in the case of integral connections. Frictional connections, however, have the problem of a relatively low, transferable torque.
  • the shaft-hub connection according to the invention has a shaft made of metal and a hub component made of plastic. Furthermore, the shaft-hub connection according to the invention comprises an intermediate component which is between the shaft and the Hub component is arranged to connect the shaft to the hub component. The intermediate component is positively connected to the shaft. The intermediate component is permanently connected to the hub component.
  • the intermediate component is preferably made of metal or
  • the intermediate component is preferably connected to the hub component by means of a
  • welding process inextricably linked An ultrasonic welding process is particularly preferably used. If, for example, the intermediate component is made of metal, a very good permanent connection between the intermediate component and the hub component can be provided.
  • the shaft-hub connection is preferably used in a planetary gear with a double planetary gear set.
  • the shaft has a first connection area, on which a first planet gear is connected to the shaft in a form-fitting manner.
  • the shaft has a second connection area, on which the intermediate component is connected to the shaft in a form-fitting manner.
  • the second planet gear is then non-detachably connected to the intermediate component. It is thereby achieved according to the invention that both planet gears are positively connected, one indirectly via the intermediate component and the other directly to the shaft.
  • the shaft particularly advantageously has a rough surface, in particular a knurled surface, in the region in which the welded planet gear is arranged. This allows additional effects to be used when welding the planet gear onto the shaft, since a non-positive connection can also be established between the roughened shaft and the planet gear.
  • an anti-slip device can be ensured, which makes it possible to increase a transferable torque between the shaft and the planet gear.
  • this can of course also be provided for the connection between the other planetary gear and the shaft.
  • the intermediate component is particularly preferably designed as a drive plate provided with a pin.
  • the intermediate component can be welded to the pin with the hub component.
  • Driving disc can be positioned inside or outside of a flange provided on the hub component. Depending on which side of the flange the pins of the intermediate component are positioned, material can leak outwards or inwards during welding.
  • the form fit between the intermediate component and the shaft is preferably designed as a polygon and in particular as a hexagon.
  • a spline, feather keys or the like be used as a positive connection between the shaft and the intermediate component.
  • the method according to the invention for assembling a planetary gear comprises the steps of positively connecting the intermediate component to the shaft of the planetary gear set. Then a planet gear is placed on the shaft on the side of the already arranged intermediate component and the planet gear with the other components of the planetary gear, in particular the ring gear and the
  • Planetary gear used with one or more double planetary gear sets.
  • a first planet gear can be plugged onto the shaft in a form-fitting manner and, as described above, a second planet gear is permanently connected to the intermediate component. Because the unsolvable
  • the non-detachable welding of the intermediate component to the planet gear is preferably carried out by means of an ultrasound welding process.
  • several protruding elements on the intermediate component such as. B. pin, formed, which are welded after welding in the planet gear to ensure the permanent connection between the intermediate member and the planet gear. If the intermediate component is made of metal and the secondary component is made of plastic, the material flowing away during welding creates a positive connection between the secondary and intermediate component.
  • the planet gear welded to the intermediate component is additionally welded to the shaft on its inner circumference.
  • FIG. 1 shows a schematic, perspective view of a shaft for a planetary gear set of a planetary gear with a double planetary gear set
  • FIG. 2 shows a perspective view of the shaft with the intermediate component attached
  • FIG. 3 shows a perspective view of the intermediate component shown in FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a schematic, simplified illustration of a planet gear with an intermediate component that is permanently welded to it
  • Figure 5 is a schematic representation of a
  • FIG. 6 shows a sectional view of a planet gear and an intermediate component in the reassembled state according to a second exemplary embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a sectional view of the planet gear and the intermediate component of Figure 6 in the assembled
  • the shaft-hub connection 1 comprises a shaft 2, a hub component 3 and an intermediate component 4.
  • the shaft 2 is a shaft for a double planetary gear set in a planetary gear.
  • the shaft 2 has a first area 5 for a form fit with a first planet gear (not shown), an adjoining bearing area 6 for mounting the shaft 2 and an adjoining second area 7 for a form fit with the intermediate component 4.
  • Adjacent to the second area 7 is a further cylindrical centering area 8, on which the hub component 3 is arranged in the assembled state.
  • the shaft is made of metal.
  • the intermediate component 4 is also made of metal and the hub component 3 is made of plastic.
  • the intermediate component 4 is shown in more detail. As shown in FIG. 3, the intermediate component 4 is designed as a driving plate and comprises a plate 10 in which a continuous hexagon opening 9 is arranged in the center. Next are four pins on the intermediate component 4
  • the hub component 3 is a planet gear.
  • the planet gear has a central through bore 13 and a toothing 14 arranged on its circumference.
  • the toothing 14 is not shown in detail in FIG. 3.
  • FIG. 4 shows a state in which the intermediate component 4 is already on Planet gear 3 is permanently attached.
  • the pins 11 of the intermediate component 4 are arranged on the outer region of the flange region 15 and are welded together non-detachably by means of ultrasonic welding.
  • the planet gear and the intermediate component 4 are connected to one another in a non-detachable manner, that is, they cannot be detached without being destroyed.
  • the plastic of the planet gear melting at the tip of the pin 11 can easily flow out into the recess.
  • the planetary gear set described above is used in a planetary gear, as shown in FIG. 5, in which the planet gear carrier 20 is driven.
  • the planet gears 21 mesh with a stationary ring gear 23 and on the other side, the planet gears 22 mesh with a bell-like component 24 (output ring gear) which is connected to an output shaft 25. Due to the different number of teeth of planet gears and ring gears, very large reductions can be achieved.
  • the planet gear carrier is supported on a bearing 26 between the two planet gears 21 and 22.
  • This design allows high torques to be transmitted from one to the other planet gear via shaft 2. Due to these high torques, frictional shaft-hub connections cannot be used for the plastic gears. Likewise, integral connections are not possible since the shaft 2 must be made of metal because of the high rigidity required and because of the loads during storage. The gears are made of plastic due to lower costs and minimal noise during operation. Depending on the number of teeth, the planet gears on the different shafts can be in different positions. This means that the two planet gears arranged on shaft 2 must each be arranged at specific angles to the shaft.
  • the final position of the individual gears of the planetary gear is first aligned with one another and then an inseparable connection is generated between the intermediate component 4 and the planet gear 3.
  • the shaft 2 only serves to center the planet gear 3 on the shaft, and the actual attachment of the planet gear 3 to the shaft takes place via the intermediate component 4.
  • the centering area 8 of the shaft 2, on which the second planet gear 3 is positioned also has a knurling or the like. may have, for example, to provide a slip protection and also to achieve an additional welding of the planet gear directly on the shaft 2, whereby an increase in the transmissible torque as well as a tolerance compensation between the shaft 2 and the planet gear 3 can be obtained.
  • a shaft-hub connection according to a second exemplary embodiment of the present invention is described below with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the same or functionally the same parts are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment.
  • the planet gear 3 is formed similar to that of the first embodiment. In contrast to the first exemplary embodiment, however, the planet gear 3 has an additional inner recess 16 which is formed directly adjacent to the through opening 13 of the planet gear. This results in an annular flange 15 with a relatively small web width and a relatively large inner diameter.
  • the driving disk 4 is designed such that its pins 11 are arranged approximately at the level of the wall area of the recess 16. This makes it possible for the plastic melt of the planet gear 3 which occurs during welding to flow inwards in this exemplary embodiment and is therefore no longer visible from the outside after the drive plate 4 has been permanently welded onto the planet gear 3. In particular, this can prevent liquid plastic, for example, from accidentally flowing into the gearwheel region of the planetary gear 3 during welding. Otherwise, this exemplary embodiment corresponds to the first exemplary embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • the present invention relates to a shaft-hub connection 1 with a metal shaft 2, a plastic hub 3 and an intermediate component 4.
  • the intermediate component is arranged between the shaft 2 and the hub 3 in order to connect the shaft 2 to the hub 3. Furthermore, the intermediate component 4 is positively connected to the shaft 2 and cannot be detached from the hub 3 connected. Therefore, the non-detachable connection between the hub 3 and the intermediate component 4 is only produced when the intermediate component 4 is positively connected to the shaft 2, so that there is an alignment possibility for the hub 3 before the final permanent connection to the intermediate component 4.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle-Nabe­Verbindung (1) mit einer Metallwelle (2), einer Kunststoffnabe (3) und einem Zwischenbauteil (4). Das Zwischenbauteil ist zwischen der Welle (2) und der Nabe (3) angeordnet, um die Welle (2) mit der Nabe (3) zu verbinden. Weiter ist das Zwischenbauteil (4) mit der Welle (2) formschlüssig verbunden und mit der Nabe (3) unlösbar verbunden. Daher wird die unlösbare Verbindung zwischen der Nabe (3) und dem Zwischenbauteil (4) erst dann erzeugt, wenn das Zwischenbauteil (4) mit der Welle (2) formschlüssig verbunden ist, sodass eine Ausrichtmöglichkeit für die Nabe (3) vor dem abschließenden unlösbaren Verbinden mit dem Zwischenbauteil (4) gegeben ist.

Description

Welle-Nabe-Verbindung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle-Nabe- Verbindung für eine aus Metall hergestellte Welle und ein aus Kunststoff hergestelltes Nabenbauteil, insbesondere für Planetengetriebe, sowie ein Verfahren zur Montage für ein Planetengetriebe .
Sogenannte Welle-Nabe-Verbindungen sind als Verbindungen zwischen einer Welle und einem Nabenbauteil ein klassisches Maschinenelement. Bekannte Welle-Nabe-Verbindungen sind beispielsweise eine formschlüssige Verbindung, eine reibschlüssige Verbindung oder auch eine stoffschlüssige Verbindung. Formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen werden verwendet, wenn eine Lösbarkeit der Nabe von der Welle notwendig ist oder wenn die geforderten zu übertragenen Drehmomente mit einer reibschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung nicht übertragen werden können. Übliche formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen sind beispielsweise Passfedern oder Profilwellen mit Keilverzahnung. Derartige Welle-Nabe- Verbindungen haben jedoch den Nachteil, dass bei ihrem Zusammenbau auf Grund der formschlüssigen Verbindung immer vorbestimmte Stellungen bzw. Winkel zwischen der Welle und der Nabe festgelegt sind. Diesen Nachteil haben reibschlüssige oder stoffschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen nicht. Allerdings müssen bei stoffschlüssigen Verbindungen gleiche oder wenigstens ähnliche Werkstoffe für die Welle und die Nabe vorgesehen werden. Reibschlüssige Verbindungen haben jedoch das Problem eines relativ geringen, übertragbaren Drehmoments .
Somit können insbesondere bei Planetengetrieben, und hierbei insbesondere bei Planetengetrieben mit doppelten Planetenradsätzen, Probleme auftreten, da die Planetengetriebe ein hohes Drehmoment übertragen sollen, was nur mit einer formschlüssigen Verbindung zwischen einer Welle und einem Planetenrad (Nabenbauteil) möglich ist. Aus Steifigkeitsgründen muss die Welle aus Metall sein, während die Planetenräder auf Grund geringerer Geräuschentwicklung vorzugsweise aus Kunststoff sind. Hierbei muss jedoch ein Spiel zwischen den einzelnen Zahnrädern des Planetengetriebes minimal sein. Dadurch ergeben sich für die formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindungen minimale Toleranzen. Weiterhin müssen insbesondere bei Planetengetrieben mit doppelten Planetenradsätzen eine Vielzahl von Planetenrädern bereitgehalten werden, um die jeweiligen WinkelStellungen zwischen den einzelnen Planetenrädern und den Wellen der Planetenräder bei formschlüssigen Verbindungen sicherstellen zu können. Dadurch ergeben sich erhöhte Herstellungs- und Lagerkosten.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung weist eine Welle aus Metall und ein Nabenbauteil aus Kunststoff auf. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung ein Zwischenbauteil, welches zwischen der Welle und dem Nabenbauteil angeordnet ist, um die Welle mit dem Nabenbauteil zu verbinden. Dabei ist das Zwischenbauteil mit der Welle formschlüssig verbunden. Mit dem Nabenbauteil ist das Zwischenbauteil unlösbar verbunden. Hierbei wird die unlösbare Verbindung zwischen dem Nabenbauteil und dem
Zwischenbauteil erst dann erzeugt, wenn das Zwischenbauteil mit der Welle formschlüssig verbunden ist. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, dass vor der Verbindung des Nabenbauteils mit dem Zwischenbauteil das Nabenbauteil in einem beliebigen Winkel zur Welle ausgerichtet werden kann und erst anschließend die Verbindung zwischen dem Nabenbauteil und dem Zwischenbauteil erfolgt. Dadurch muss nicht mehr eine Vielzahl unterschiedlicher Nabenbauteile bereitgehalten werden, sondern das Nabenbauteil kann in einem beliebigen Winkel zur Welle befestigt werden. Es sei angemerkt, dass erfindungsgemäß unter dem Begriff "Nabenbauteil" unterschiedliche Bauteile wie beispielsweise ein Nabenflansch, Zahnräder o.a. verstanden wird.
Vorzugsweise ist das Zwischenbauteil aus Metall oder aus
Kunststoff hergestellt. Hierbei ist Metall besonders bevorzugt, da dadurch über die formschlüssige Verbindung zwischen dem Zwischenbauteil und der Welle ein hohes Drehmoment übertragbar ist. Vorzugsweise ist das Zwischenbauteil mit dem Nabenbauteil mittels eines
Schweißverfahrens unlösbar verbunden. Besonders bevorzugt wird dabei ein Ultraschallschweißverfahren verwendet. Wenn beispielsweise das Zwischenbauteil aus Metall ist, kann dadurch eine sehr gute unlösbare Verbindung zwischen dem Zwischenbauteil und dem Nabenbauteil bereitgestellt werden.
Für eine besonders sichere Verbindung der beiden Teile können hierbei vorstehende oder vorkragende Teile am Zwischenbauteil vorgesehen werden. Somit können hohe Drehmomente übertragen werden. Vorzugsweise wird die Welle-Nabe-Verbindung in einem Planetengetriebe mit einem doppelten Planetenradsatz verwendet. Hierzu weist die Welle einen ersten Verbindungsbereich auf, an dem ein erstes Planetenrad formschlüssig mit der Welle verbunden ist. Weiterhin weist die Welle einen zweiten Verbindungsbereich auf, an welchem das Zwischenbauteil formschlüssig mit der Welle verbunden ist. Am Zwischenbauteil wird dann das zweite Planetenrad unlösbar mit dem Zwischenbauteil verbunden. Dadurch wird erfindungsgemäß erreicht, dass beide Planetenräder formschlüssig, eines mittelbar über das Zwischenbauteil und das andere unmittelbar mit der Welle verbunden sind. Dadurch können hohe Drehmomente über das Planetengetriebe übertragen werden. Da das zweite Planetenrad mit dem Zwischenbauteil verbunden wird, ist es möglich, dass das Planetengetriebe schon zusammengesteckt wird und erst im zusammengesteckten Zustand das zweite Planetenrad mit dem Zwischenbauteil unlösbar verbunden wird. Dadurch kann ein beliebiger Winkel zwischen dem zweiten Planetenrad und der Welle ausgerichtet werden, sodass keine unterschiedlichen Planetenräder notwendig sind.
Besonders vorteilhaft weist die Welle in dem Bereich, in welchem das verschweißte Planetenrad angeordnet ist, eine rauhe Oberfläche, insbesondere eine gerändelte Oberfläche auf. Dadurch lassen sich beim Aufschweißen des Planetenrads auf die Welle zusätzliche Effekte nutzen, da zwischen der aufgerauhten Welle und dem Planetenrad ebenfalls noch eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt werden kann.
Beispielsweise kann hierbei eine Abrutschsicherung gewährleistet werden, wodurch eine Steigerung eines übertragbaren Drehmoments zwischen der Welle und dem Planetenrad möglich ist. Hierbei kann zwischen dem Planetenrad und der Wellenoberfläche eine Passung, insbesondere eine Übergangspassung, ausgebildet sein. Dies kann bei einem doppelten Planetenradsatz selbstverständlich auch für die Verbindung zwischen dem anderen Planetenrad und der Welle vorgesehen werden.
Besonders bevorzugt ist das Zwischenbauteil als eine mit Zapfen versehene Mitnehmerscheibe ausgebildet. Dabei kann das Zwischenbauteil an den Zapfen mit dem Nabenbauteil verschweißt werden. Hierbei können die Zapfen der
Mitnehmerscheibe innerhalb oder außerhalb eines an dem Nabenbauteil vorgesehenen Flansches positioniert werden. Je nach dem, an welcher Seite des Flansches die Zapfen des Zwischenbauteils positioniert sind, kann Material beim Schweißen nach außen bzw. innen austreten.
Vorzugsweise ist der Formschluss zwischen dem Zwischenbauteil und der Welle als ein Vieleck und insbesondere als ein Sechseck ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass als Formschluss zwischen der Welle und dem Zwischenbauteil eine Keilverzahnung, Passfedern o.a. verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage eines Planetengetriebes umfasst die Schritte des formschlüssigen Verbindens des Zwischenbauteils mit der Welle des Planetenradsatzes. Anschließend wird ein Planetenrad auf die Welle an die Seite des schon angeordneten Zwischenbauteils aufgesteckt und das Planetenrad mit den anderen Bauteilen des Planetengetriebes, insbesondere dem Hohlrad und dem
Sonnenrad, ausgerichtet. Dadurch kann ein beliebiger Winkel zwischen dem Planetenrad und der Welle erreicht werden. Anschließend erfolgt ein unlösbares Verbinden, insbesondere mittels Verschweißen, des Zwischenbauteils mit dem ausgerichteten Planetenrad, sodass eine unlösbare Verbindung zwischen diesen beiden Bauteilen erzeugt wird. Somit ist das Planetenrad formschlüssig über das Zwischenbauteil mit der Welle verbunden. Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage eines
Planetengetriebes mit einem oder mehreren doppelten Planetenradsätzen verwendet. Dabei kann ein erstes Planetenrad formschlüssig auf die Welle gesteckt werden und ein zweites Planetenrad wird, wie oben beschrieben, mit dem Zwischenbauteil unlösbar verbunden. Da die unlösbare
Verbindung erst nach dem Zusammenbau des Planetengetriebes erfolgt, können für das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad die gleichen Planetenräder verwendet werden, sodass die Bauteilezahl gering ist.
Vorzugsweise wird das unlösbare Verschweißen des Zwischenbauteils mit dem Planetenrad mittels eines Ultraschall-Schweißverfahrens ausgeführt. Weiterhin bevorzugt sind am Zwischenbauteil mehrere vorstehende Elemente, wie z. B. Zapfen, ausgebildet, welche nach dem Schweißen im Planetenrad eingeschweißt sind, um die unlösbare Verbindung zwischen dem Zwischenbauteil und dem Planetenrad sicherzustellen. Besteht das Zwischenbauteil aus Metall und das Nebenbauteil aus Kunststoff, entsteht durch das wegfließende Material beim Schweißen eine formschlüssige Verbindung zwischen Neben- und Zwischenbauteil.
Weiterhin ist es bevorzugter Weise auch noch möglich, dass das mit dem Zwischenbauteil verschweißte Planetenrad mit der Welle an seinem inneren Umfang zusätzlich verschweißt wird.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist: Figur 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Welle für einen Planetenradsatz eines Planetengetriebes mit doppeltem Planetenradsatz,
Figur 2 eine perspektivische Darstellung der Welle mit aufgestecktem Zwischenbauteil,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht des in Figur 2 gezeigten Zwischenbauteils,
Figur 4 eine schematische, vereinfachte Darstellung eines Planetenrades mit unlösbar daran angeschweißtem Zwischenbauteil,
Figur 5 eine schematische Darstellung eines
Planetengetriebes, in welchem der erfindungsgemäße Planetenradsatz verwendet wird,
Figur 6 eine Schnittansicht eines Planetenrades und eines Zwischenbauteils im ummontierten Zustand gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
Figur 7 eine Schnittansicht des Planetenrades und des Zwischenbauteils von Figur 6 im montierten
Zustand.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung 1 umfasst eine Welle 2, ein Nabenbauteil 3 sowie ein Zwischenbauteil 4. Die Welle 2 ist eine Welle für einen doppelten Planetenradsatz in einem Planetengetriebe. Die Welle 2 weist einen ersten Bereich 5 für einen Formschluss mit einem ersten Planetenrad auf (nicht dargestellt) , einen daran angrenzenden Lagerbereich 6 zur Lagerung der Welle 2 und einen daran angrenzenden zweiten Bereich 7 für einen Formschluss mit dem Zwischenbauteil 4. Benachbart zum zweiten Bereich 7 ist ein weiterer zylindrischer Zentrierbereich 8, auf welchem in montiertem Zustand das Nabenbauteil 3 angeordnet ist.
Um möglichst hohe Drehmomente über die Welle übertragen zu können, ist die Welle aus Metall hergestellt. Das Zwischenbauteil 4 ist ebenfalls aus Metall hergestellt und das Nabenbauteil 3 ist aus Kunststoff gefertigt.
In Figur 3 ist das Zwischenbauteil 4 näher dargestellt. Wie in Figur 3 gezeigt, ist das Zwischenbauteil 4 als Mitnehmerscheibe ausgebildet und umfasst eine Platte 10, in welchem eine durchgängige Sechskantöffnung 9 mittig angeordnet ist. Weiter sind am Zwischenbauteil 4 vier Zapfen
11 vorgesehen, welche zur Verbindung mit dem Nabenbauteil 3 dienen.
Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, ist das Nabenbauteil 3 ein Planetenrad. Das Planetenrad weist eine mittige Durchgangsbohrung 13 sowie eine an seinem Umfang angeordnete Verzahnung 14 auf. Aus Vereinfachungsgründen ist in Figur 3 die Verzahnung 14 nicht im Detail dargestellt. Weiterhin ist an einer Seite des Planetenrades eine ringförmige Ausnehmung
12 vorgesehen, sodass sich ein Flanschbereich 15 um die Durchgangsbohrung 13 ergibt. In Figur 4 ist ein Zustand dargestellt, in dem das Zwischenbauteil 4 schon am Planetenrad 3 unlösbar befestigt ist. Wie in Figur 4 gezeigt, sind die Zapfen 11 des Zwischenbauteils 4 am äußeren Bereich des Flanschbereichs 15 angeordnet und mit diesem mittels Ultraschallschweißen unlösbar zusammengeschweißt. Dadurch sind das Planetenrad und das Zwischenbauteil 4 unlösbar, d.h. nicht zerstörungsfrei lösbar, miteinander verbunden. Dadurch kann beim Verschweißen der an der Spitze der Zapfen 11 schmelzende Kunststoff des Planetenrades problemlos nach außen in die Ausnehmung abfließen.
Der oben beschriebene Planetenradsatz wird in einem, wie in Figur 5 gezeigten, Planetengetriebe verwendet, bei dem der Planetenradträger 20 angetrieben wird. Auf der einen Seite des Trägers kämmen die Planetenräder 21 mit einem stehenden Hohlrad 23 und auf der anderen Seite kämmen die Planetenräder 22 mit einem glockenartigen Bauteil 24 (Abtriebshohlrad) , das mit einer Abtriebswelle 25 verbunden ist. Durch unterschiedliche Zähnezahl von Planetenrädern und Hohlrädern lassen sich dabei sehr große Untersetzungen erzielen. Der Planetenradträger ist dabei zwischen den beiden Planetenrädern 21 und 22 an einem Lager 26 gelagert.
Diese Bauweise ermöglicht es, hohe Drehmomente über die Welle 2 von dem einen auf das andere Planetenrad zu übertragen. Auf Grund dieser hohen Drehmomente können keine reibschlüssigen Welle-Nabe-Verbindungen für die Zahnräder aus Kunststoff verwendet werden. Ebenfalls sind stoffschlüssige Verbindungen nicht möglich, da die Welle 2 wegen der notwendigen hohen Steifigkeit und auf Grund der Belastungen bei der Lagerung aus Metall hergestellt werden muss . Die Zahnräder werden auf Grund geringerer Kosten und minimalen Geräuschen im Betrieb aus Kunststoff gefertigt. Abhängig von den Zähnezahlzusammenstellungen können die Planetenräder auf den verschiedenen Wellen unterschiedliche Stellungen zueinander einnehmen. D.h., dass die beiden auf der Welle 2 angeordneten Planetenräder jeweils in bestimmten Winkeln zur Welle angeordnet werden müssen.
Er indungsgemäß wird zuerst die endgültige Lage der einzelnen Zahnräder des Planetengetriebes zueinander ausgerichtet und anschließend eine unlösbare Verbindung zwischen dem Zwischenbauteil 4 und dem Planetenrad 3 erzeugt. Somit kann auch ein doppelter Planetensatz, bei dem die verschiedenen Zahnräder einer Seite beim Einbau unterschiedlichen Winkel zu den auf der gleichen Welle angeordneten Zahnrädern einnehmen müssen, einfach und schnell gefertigt werden. Weiterhin müssen nicht unterschiedliche Zahnräder für den Zusammenbau sortiert werden. Somit dient die Welle 2 nur noch zur Zentrierung des Planetenrades 3 auf der Welle und die eigentliche Befestigung des Planetenrades 3 auf der Welle erfolgt über das Zwischenbauteil 4.
Es sei angemerkt, dass der Zentrierbereich 8 der Welle 2, auf welchem das zweite Planetenrad 3 positioniert wird, auch eine Rändelung o.a. aufweisen kann, um beispielsweise eine Abrutschsicherung bereitzustellen und auch ein zusätzliches Verschweißen des Planetenrads unmittelbar auf der Welle 2 zu erreichen, wodurch eine Steigerung des übertragbaren Drehmoments wie auch ein Toleranzausgleich zwischen Welle 2 und Planetenrad 3, erhalten werden kann.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Wie in Figur 5 gezeigt, ist das Planetenrad 3 ähnlich zu dem des ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist das Planetenrad 3 jedoch eine zusätzliche innere Ausnehmung 16 auf, welche unmittelbar benachbart zur Durchgangsöffnung 13 des Planetenrades gebildet ist. Dadurch ergibt sich ein ringförmiger Flansch 15 mit einer relativ geringen Stegbreite und relativ großem Innendurchmesser.
Wie insbesondere aus Figur 6 ersichtlich ist, ist die Mitnehmerscheibe 4 derart ausgebildet, dass ihre Zapfen 11 ungefähr auf Höhe des Wandbereichs der Ausnehmung 16 angeordnet sind. Dadurch wird es möglich, dass die beim Aufschweißen auftretende Kunststoffschmelze des Planetenrads 3 in diesem Ausführungsbeispiel nach innen fließt und somit nach dem unlösbaren Aufschweißen der Mitnehmerscheibe 4 auf das Planetenrad 3 von außen nicht mehr sichtbar ist. Dadurch kann insbesondere verhindert werden, dass beispielsweise flüssiger Kunststoff unbeabsichtigt während des AufSchweißens in den Zahnradbereich des Planetenrades 3 fließen kann. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, sodass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Welle-Nabe-Verbindung 1 mit einer Metallwelle 2, einer Kunststoffnabe 3 und einem Zwischenbauteil 4. Das
Zwischenbauteil ist zwischen der Welle 2 und der Nabe 3 angeordnet, um die Welle 2 mit der Nabe 3 zu verbinden. Weiter ist das Zwischenbauteil 4 mit der Welle 2 formschlüssig verbunden und mit der Nabe 3 unlösbar verbunden. Daher wird die unlösbare Verbindung zwischen der Nabe 3 und dem Zwischenbauteil 4 erst dann erzeugt, wenn das Zwischenbauteil 4 mit der Welle 2 formschlüssig verbunden ist, sodass eine Ausrichtmöglichkeit für die Nabe 3 vor dem abschließenden unlösbaren Verbinden mit dem Zwischenbauteil 4 gegeben ist.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Welle-Nabe-Verbindung, umfassend eine aus Metall hergestellte Welle (2) , ein aus Kunststoff hergestelltes Nabenbauteil (3) und ein Zwischenbauteil (4) , welches zwischen der Welle (2) und dem
Nabenbauteil (3) angeordnet ist, um die Welle (2) mit dem Nabenbauteil (3) formschlüssig zu verbinden, wobei zwischen dem Nabenbauteil (3) und dem Zwischenbauteil (4) eine unlösbare Verbindung ausgebildet ist, wobei die unlösbare Verbindung zwischen dem Nabenbauteil (3) und dem Zwischenbauteil (4) erst dann erzeugt wird, wenn das Zwischenbauteil (4) mit der Welle (2) formschlüssig verbunden ist.
2. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenbauteil aus Metall oder aus Kunststoff hergestellt ist.
3. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenbauteil (4) mit dem
Nabenbauteil (3) mittels eines Schweißverfahrens unlösbar verbunden, ist.
4. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißverfahren ein Ultraschallschweißen ist.
5. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle-Nabe-Verbindung in einem Planetengetriebe mit einem doppelten Planetenradsatz verwendet wird, wobei die Welle (2) einen ersten Bereich (5) für eine Formschluss mit einem ersten Planetenrad, einen Lagerbereich (6) zur Lagerung der Welle, einen zweiten Bereich (7) für einen Formschluss mit dem Zwischenbauteil (4) und einen Zentrierbereich (8) zur Zentrierung eines zweiten Planetenrads aufweist.
6. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad (3) im montierten Zustand auf dem Zentrierbereich (8) aufliegt, der Zentrierbereich (8) eine rauhe Oberfläche, insbesondere eine gerändelte Oberfläche, aufweist und zwischen dem
Zentrierbereich (8) der Welle (2) und dem Planetenrad (3) eine Passung, insbesondere eine Übergangspassung, ausgebildet ist.
7. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenbauteil (4) eine vorstehende Bereiche (11) umfassende Mitnehmerseheibe ist.
8. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehenden Bereiche (11) der Mitnehmerscheibe im montierten Zustand innerhalb oder außerhalb eines Flanschbereichs (15) des Nabenbauteils (3) angeordnet sind.
9. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss zwischen der Welle (2) und dem Zwischenbauteil (4) als Vieleck, insbesondere als Sechseck ausgebildet ist.
10. Verfahren zur Montage eines Planetengetriebes, insbesondere mit einem doppelten Planetenradsatz, umfassend die Schritte: - formschlüssiges Verbinden eines Zwischenbauteils (4) mit einer Welle (2) , loses Montieren eines Planetenrades (3) auf die Welle (2) , benachbart zum Zwischenbauteil (4) , Ausrichten des Planetenrades (3) mit anderen Bauteilen des Planetengetriebes, insbesondere einem
Hohlrad und einem Sonnenrad, und unlösbares Verbinden des Zwischenbauteils (4) mit dem ausgerichteten Planetenrad (3) .
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenbauteil (4) als Mitnehmerscheibe mit mehreren vorstehenden Bereichen (11) ausgebildet ist, wobei die vorstehenden Bereiche (11) unlösbar in das Planetenrad (3) eingeschweißt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad (3) mit der Welle (2) an seinem inneren Umfang verschweißt wird.
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